LA FÍSICA EN FISIOTERAPIA

Presentación del tema: "LA FÍSICA EN FISIOTERAPIA"— Transcripción de la presentación:

1 LA FÍSICA EN FISIOTERAPIA
V MsC. Leonides Castellanos Fuentes

2 Termodinámica Termodinámica, es un campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Termodinámica estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. La termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.

3 Comemos alimentos Para mantener nuestras funciones biológicas Para producir energía eléctrica Quemamos combustibles Para calentar nuestras casas Para generar potencia en aviones, trenes, automóviles. Usamos cubitos de hielo Para enfriar bebidas Para convertir masa cruda en pan horneado Usamos calor

4 Las reacciones químicas implican cambios de energía.
Todos estos ejemplos nos indican que las reacciones químicas tienen algo en común: Las reacciones químicas implican cambios de energía. La combustión de la gasolina libera energía La separación del agua en hidrógeno y oxígeno, requiere energía El estudio de la energía y sus transformaciones se conoce como TERMO DINÁMICA Therme “calor” Dynamis “Potencia”

5 La Termodinámica se relaciona con los
estados de equilibrio. Un estado de equilibrio es aquél en el que las propiedades macroscópicas del sistema, temperatura, densidad, composición química, etc., están bien definidas y no varían. Por ejemplo un sistema está en equilibrio térmico con el medio ambiente cuando no hay flujo neto de calor entre ambas partes del universo.

6 Descripción macroscópica de sistemas termodinámicos
Para una descripción completa del sistema también se necesita un descripción del contorno (los límites), y de las interacciones que este permite con el entorno. Los contornos pueden permitir el paso de materia y energía. Sistema aislado: no intercambia energía ni masa con su entorno. Sistema cerrado: sólo puede intercambiar energía. Sistema abierto: puede intercambiar materia y energía. Sistema móvil / rígido: las paredes permiten (o no) transferir energía en forma de trabajo mecánico. Sistema diatérmico: transferencia de calor sin trabajo. Sistema adiabático: no hay transferencia de calor por las paredes. Sistemas en contacto térmico, permeables, en contacto difusivo, etc

7 Transformaciones reversibles e irreversibles
Una transformación termodinámica tiene lugar por cambios de las condiciones externas que producen un cambio del macroestado. Transformación irreversible: la que no se puede deshacer por la simple inversión de los cambios realizados en las condiciones externas. Transformación reversible: cuando el sistema vuelve a su estado inicial tras esos cambios. Transformación irreversible

8 Principios de la termodinámica
Principio Cero: Permite definir la temperatura como una propiedad. Primer Principio: Define el concepto de energía como magnitud conservativa. Segundo Principio: Define la entropía como magnitud no conservativa, una medida de la dirección de los procesos. Tercer Principio: Postula algunas propiedades en el cero absoluto de temperatura.

9 La palabra entropía procede del griego y significa evolución o transformación.
Fís. Función termodinámica que es una medida de la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema o materia. Inform. Medida de la duda que se produce ante un conjunto de mensajes del cual se va a recibir uno solo. Mec. Medida del desorden molecular de una materia o sustancia: los fluidos tienen más entropía que los sólidos. Desorden, caos.

10 La primera ley dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, mudando de una forma en otra. La energía es una, pero tiene diversas formas.

11 Cuando por fricción aumenta la energía interna de un cuerpo.
La energía térmica se puede convertir en energía mecánica. Si un gas encerrado en un cilindro se expande y mueve un émbolo. Con esto ha sido posible establecer claramente la Ley de conservación de la energía.

12 Esta ley, aplicada al calor, da como resultado el enunciado de la Primera Ley de la Termodinámica que dice: la variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

13 Segunda Ley de la Termodinámica
La base de esta ley es el hecho de que si mezclamos partes iguales de dos gases nunca los encontraremos separados de forma espontánea en un instante posterior. La segunda ley proporciona la base para el concepto termodinámico de entropía. Principio de máxima entropía: Existe una función de estado de los parámetros extensivos de cualquier sistema termodinámico, llamada entropía S, con las siguientes propiedades: 1. los valores que toman las variables extensivas son los que maximizan S consistentes con los parámetros externos, 2. la entropía de un sistema compuesto es la suma de las entropías de sus subsistemas.

14 La segunda ley de la termodinámica es la ley más importante de la ciencia y la naturaleza. Ella indica y resume como las energías son transferidas en un sistema y otro, con el ambiente o entre dos sistemas. La primera ley cuantifica los cambios de la energía interna u otro tipo de energía, que cambian a ciertas magnitudes del calor y del trabajo. La segunda ley nos va indicar si esos cambios o esas transformaciones son o no posible. No existe una definición clara entre los autores y estudiosos del tema pero todos nos orientan a lo mismo, a indicarnos el sentido que ocurren los procesos.

15 Clausius la anuncio como sigue: NO ES POSIBLE PARA UNA MAQUINA CICLICA
LLEVAR CONTINUAMENTE CALOR DE UN CUERPO A OTRO QUE ESTÉ CON TEMPERATURA A TEMPERATURA MÁS ALTA, SIN QUE AL MISMO TIEMPO SE PRODUSCA OTRO EFECTO( DE COMPENSACIÓN). Rudolf Emanuel Clausius, físico alemán

16 El ejemplo más claro desde el punto de vista domestico es el refrigerador
Lo que hace el refrigerador desde un punto de vista es extraer calor de temperatura baja que esta dentro del refrigerador y ponerlo a una temperatura más alta que esta fuera del refrigerador que es la temperatura ambiente. Esto no pudiera ocurrir de forma natural. Para que esto ocurra tengo que conectarlo a corriente para que la energía eléctrica me haga funcionar un compresor y la energía pueda ser transferida desde temperatura baja a alta.

17 La segunda ley de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo". Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.

18 En un sentido general, la segunda ley de la termodinámica afirma que las diferencias entre sistemas en contacto tienden a igualarse. Las diferencias de presión, densidad y, particularmente, las diferencias de temperatura tienden a ecualizarse. Esto significa que un sistema aislado llegará a alcanzar una temperatura uniforme. Una máquina térmica es aquella que provee de trabajo eficaz gracias la diferencia de temperaturas de dos cuerpos. Dado que cualquier máquina termodinámica requiere una diferencia de temperatura, se deriva pues que ningún trabajo útil puede extraerse de un sistema aislado en equilibrio térmico, esto es, requerirá de la alimentación de energía del exterior.

19 Termodinámica del cuerpo humano.
Efectos Biológicos.

20 Los seres vivos cuentan con información, y con ella generan su propia estructura, o en otras palabras, se auto-organizan. Esta tendencia a auto organizarse, es opuesta al caos y el desorden. Los seres vivos se ordenan, al paso que desordenan el ambiente en el que se encuentran. La creciente entalpía del ser vivo, se acompaña de la creciente entropía de su entorno. Expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

21 Termodinámica de sistemas abiertos
Los seres vivos intercambiamos energía y materia con el medio ambiente. Aquí nos encontramos lejos de un equilibrio termodinámico. Los procesos son irreversibles y no reproducibles. La flecha del tiempo es infranqueable en nuestro organismo así como en la naturaleza. Nunca los sistemas regresan a su antiguo estado de orden. Aquí rigen las leyes de la teoría del caos y la no-linealidad.

22 Organismo humano, ¿una máquina térmica?
Conceptos de eficiencia térmica y eficiencia muscular (Segunda Ley) Transformación de energía a partir de los alimentos (Primera ley)

23 Segunda ley: Una máquina térmica es un dispositivo que transforma calor en trabajo mecánico, opera entre dos depósitos a diferente temperatura, y el trabajo mecánico se obtiene si el calor se transfiere del depósito con mayor temperatura al depósito de menor temperatura. De la segunda ley de la termodinámica, que sostiene que ninguna máquina térmica puede transformar en energía mecánica todo el calor que se transfiere en el proceso de operación, se deriva el concepto de eficiencia térmica (N), el cual se define como el cociente del trabajo obtenido y el calor que se le suministra, N = W/Q.

24 los seres humanos efectuamos trabajo al caminar, correr, levantar un objeto, etc., para realizarlo requerimos de energía que el organismo obtiene al transformar la energía potencial química de los alimentos. Para las actividades antes mencionadas se asocia el concepto de eficiencia muscular (E), como el cociente del trabajo mecánico realizado y la energía suministrada al cuerpo, a través de los alimentos. Se ha verificado que la eficiencia muscular en el trabajo mecánico es aproximadamente del 20%, (E = 0.2).

25 Primera ley: La principal fuente de energía en el organismo la constituyen los carbohidratos que ingerimos en nuestra alimentación. La transformación de energía en el organismo, se realiza oxidando esencialmente glucosa en el proceso de respiración, mediante mecanismos moleculares realizados a nivel celular, a temperatura constante y baja.

26 Similitudes y diferencias
Una máquina térmica y el organismo, como sistemas que realizan trabajo, requieren de combustible, pero la primera, opera con diferencias de temperatura y con ello la realización de trabajo, en cambio en el organismo la oxidación se realiza a temperatura constante y no hay transferencia de calor asociada a la realización de trabajo. La transformación de energía, en la combustión como en la oxidación, tienen el mismo principio, ya que se realizan mediante mecanismos moleculares. La diferencia radica en la velocidad con que se realizan; combustión es violenta y la reacción se mantiene por sí, la oxidación es un proceso lento y controlado, por lo que, la energía se transforma de acuerdo a los requerimientos del organismo.

27 El metabolismo basal. Es el consumo energético necesario para mantener las funciones vitales y la temperatura corporal del organismo. Su formula es simple: 24 Kcal/kg de peso. Este valor se ve afectado por otros factores variables, a saber: La superficie corporal, la masa magra, el sexo, la edad, embarazos (en el caso de las madres), raza, clima, alteraciones hormonales, estados nutricionales actuales, y otros.

28 Efecto termogénico. De los alimentos es el consumo energético que aparece como consecuencia de la digestión de los propios alimentos. Así la energía utilizada es de un 30% si se ingieren solo proteínas, de un 6% si se ingieren solo hidratos de carbono y de un 14% si se ingieren solo grasas. Este efecto aumenta con el valor calórico o si aumenta el fraccionamiento de las comidas.

29 Trabajo muscular o factor de actividad.
Es el gasto energético necesario para el desarrollo de las diferentes actividades. En una persona moderadamente activa representa del 15% al 30% de las necesidades totales de la energía

30 Terapias Tener una dieta saludable para que el gasto de energía sea menor teniendo una mejor digestión. Hacer ejercicio por lo menos una vez al día y de esa forma mejorar la eficiencia muscular. Al presentar una patología se hace necesario realizar un control de la misma para que no se vuelva un problema más severo.

31 Bibliografía: http://www.redcientifica.com/doc/doc200403270001.html
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